氮气-水体系多组分辐解平衡计算模型

氮稳压相比于蒸汽稳压而言有机动性强、结构简单、体积小等优点。在使用氮稳压的核反应堆中,氮气在堆芯区域受辐照后分解,与水的辐解产物发生反应,生成氮氢、氮氧化合物,影响一回路冷却剂的水化学控制。目前,针对氮气在一回路冷却剂辐解产物产量的计算模型,采用反应动力学方法,需求解大量非线性病态方程,计算量大,数值不稳定,计算误差范围在-50%~100%之间,误差较大。为建立一种计算量小、数值稳定的计算模型,本文从反应热力学角度,使用辐射化学产额g与平衡常数法,基于反应平衡方程、物料守恒及电荷守恒方程建立了含氮水的辐解计算模型,假设在单个时间节点上反应达平衡并求解非线性方程组,通过更改每个时间节点的初始条件以模拟时间的影响,最终的稳态计算结果在288~473 K温度范围内,与已有实验数据的相对误差在-60%~10%之间。本文计算了反应堆工况下的冷却剂离子浓度变化情况,并分析了关键因素对结果的影响,发现辐照产生的亚硝酸根离子含量较高,使平衡时溶液呈酸性,反应条件中的温度和氮气浓度对最终结果的影响较大,剂量率对平衡结果无影响。研究结果对使用氮稳压的反应堆水化学设计有重要指导意义。